Высокоточное устройство передачи аналоговых сигналов по оптоволоконному каналу.

Устройство разработано на основе наших решений по ТЗ заказчика (фирмы «Ампер-Энерго Северо-Запад», г. Санкт-Петербург)

Рис.1. Внешний вид устройства (Вариант 1).

Основное назначение Устройства передачи аналоговых сигналов по оптоволоконному каналу (УПАС) - передача мгновенных значений напряжений и токов, снимаемых с первичных датчиков (трансформаторов тока и напряжения) в системах электроснабжения на различные номиналы напряжения, в реальном, с точностью до фазы, масштабе времени.

УПАС предназначено для передачи амплитуды, формы и фазы сигнала, представляющего собой квазисинусоидальные колебания со следующими параметрами:

основная частота сигнала – 42.5..57.5 Гц;
ширина спектра сигнала – 3 кГц;
суммарный уровень составляющих с частотами выше 100 кГц – не более -80 дБ от диапазона;
среднеквадратичное значение – 0.01..1.2 от номинала.

Величины основных погрешностей сквозного канала обеспечивают измерение среднеквадратичных значений токов и напряжений, а так же точность передачи фазы для соответствия классу до 0.2S по ГОСТ 7746-2001 и ГОСТ 1983-2001, при условии использования с соответствующими классу измерительными ТТ и ТН. Для измерения тока необходимо использование соответствующего классу точности и номиналу вторичного тока ТТ, шунта и цепей ограничения напряжения в нештатных режимах. Для измерения напряжения необходимо использование соответствующего классу точности частотнокомпенсированного делителя напряжения.

Величины дополнительных погрешностей сквозного канала (±0.005% / °C) позволяют использовать узел передатчика при температурах эксплуатации -40..+50 °C и узел приёмника при температурах +1..+30 °C. Рабочий температурный диапазон передатчика -40..+50 °C обеспечивается при использовании соответствующего оптического кабеля.

Передатчик и приёмник имеют оптические разъёмы типа ST и рассчитаны на использование кабеля на основе стеклянного многомодового оптического волокна длиной до 500 м.

Принцип работы УПАС

Передатчик преобразует приложенное к его входу напряжение в последовательность цифровых отсчётов с помощью 16-битного АЦП на частоте дискретизации 235 кГц. Каждый отсчёт передаётся по оптическому кабелю, посредством модуляции типа «Манчестер-2», на частоте 15 МГц. Приёмник демодулирует приходящие по оптическому кабелю отсчёты и преобразует каждый из них в уровень напряжения при помощи 16-ти битного ЦАП. Общая задержка уровня напряжения на выходе ЦАП относительно напряжения на входе АЦП составляет постоянную величину приблизительно 6 мкс. Величина задержки сравнима с допустимой по ГОСТ величиной фазовой ошибки для всего тракта передачи, включая первичные преобразователи (±9 мкс). Поэтому для её компенсации до несущественного значения (примерно ±1 мкс) используется дифференцирующая цепь с соответствующим значением RC. Далее сигнал напряжения сглаживается интегрирующей цепью со значением RC 1 мкс. В приёмнике «Вариант 1» это напряжение поступает на выход узла, а в приёмнике «Вариант 2» используется в качестве входного сигнала для оконечного усилителя, представляющего собой управляемый биполярный источник тока.

Основные характеристики приёмника:

входной диапазон - ±2.. ±5 В (амплитудное значение), определяется при заказе;
схема подключения источника сигнала – дифференциальная, двух или трёх проводная;
Конструктивное исполнение – печатная плата;
габариты 60 х 30 х 20 мм.
питание – нестабилизированное, 5..15В, ток потребления в соответствии с графиком:

Рис.2.

Основные характеристики передатчика (Вариант 1):

выходной диапазон ±5В (амплитудное значение), при минимальном сопротивление нагрузки 2 кОм;
схема подключения потребителя сигнала – двухпроводная несимметричная, общий провод соединен с «0» питания;
питание – нестабилизированное напряжение ±9..15В, схема подключения трёхпроводная, потребляемый ток до 150 мА;
конструктивное исполнение – печатная плата;
габариты 70 х 50 х 20 мм.

Основные характеристики передатчика (Вариант 2):

выходной диапазон ±1.8А (амплитудное значение), при максимальном сопротивлении нагрузки 3.3 Ома;
схема подключения потребителя сигнала – двухпроводная несимметричная, гальванически развязана от цепей питания;
питание - ~200 В ±20%, 50 Гц, потребляемая мощность - до 10 Вт;
имеется подстроечный элемент (многооборотный резистор), для подстройки общего коэффициента передачи устройства в пределах ±2%;
имеется логический выход (открытый коллектор, 1 А, 100 В) сигнализирующий поступление данных от узла передатчика;
светодиодная сигнализация наличия питания;
светодиодная сигнализация поступления данных от узла передатчика;
конструктивное исполнение – на DIN-рейку;
габариты 125 х 120 х 70 мм.